Roottorin tasapainotus: staattinen ja dynaaminen epätasapaino, resonanssi ja käytännön menetelmä
Tämä opas selittää roottorin tasapainotuksen jäykät roottorit: mitä "epätasapaino" tarkoittaa, miten staattinen ja dynaaminen epätasapaino eroavat toisistaan, miksi resonanssi ja epälineaarisuus voivat estää laadukkaan tuloksen ja miten tasapainotus tyypillisesti suoritetaan yhdessä tai kahdessa korjaustasossa.
Sisällys
- Mikä on roottori ja miten tasapainotus toimii?
- Roottorien tyypit ja epätasapainon tyypit
- Mekanismien värähtely: mitä tasapainottaminen voi ja ei voi poistaa
- Resonanssi: tekijä, joka estää tasapainon syntymisen
- Lineaariset vs. epälineaariset mallit: milloin laskelmat lakkaavat toimimasta
- Tasapainotuslaitteet ja tasapainotuskoneet
- Jäykkien roottoreiden tasapainottaminen (käytännön vinkkejä)
- Dynaamisen tasapainotuksen suorittaminen (kolmen suorituskerran menetelmä)
- Tasehallintajärjestelmän laadun arviointikriteerit
- Standardit ja viitteet
- FAQ
Mikä on roottori ja miten tasapainotus toimii?
Roottori on kappale, joka pyörii jonkin akselin ympäri ja joka on kiinnitetty laakeripinnoillaan tukiin. Roottorin laakeripinnat siirtävät kuormitukset tukiin vierintä- tai liukulaakereiden avulla. Laakeripintoja ovat nivelkappaleiden pinnat tai niitä korvaavat pinnat.
Täydellisesti tasapainotetussa roottorissa sen massa jakautuu symmetrisesti pyörimisakselin suhteen, eli mikä tahansa roottorin elementti voidaan sovittaa toiseen elementtiin, joka sijaitsee symmetrisesti pyörimisakselin suhteen. Tasapainotetussa roottorissa mihin tahansa roottorielementtiin vaikuttava keskipakovoima on tasapainotettu symmetriseen elementtiin vaikuttavalla keskipakovoimalla. Esimerkiksi elementteihin 1 ja 2 (merkitty vihreällä kuvassa 1) vaikuttavat keskipakovoimat F1 ja F2, jotka ovat suuruudeltaan yhtä suuret ja suunnaltaan vastakkaiset. Tämä pätee kaikkiin symmetrisiin roottorielementteihin, ja siten roottoriin vaikuttava kokonaiskeskipakovoima on 0 ja roottori on tasapainossa.
Mutta jos roottorin symmetria on rikki (epäsymmetrinen elementti on merkitty punaisella kuvassa 1), roottoriin vaikuttaa epätasapainoinen keskipakoisvoima F3. Pyöriessä tämä voima muuttaa suuntaa roottorin pyöriessä. Tästä voimasta johtuva dynaaminen kuormitus välittyy laakereihin, mikä johtaa nopeutuneeseen kulumiseen.
Lisäksi tämän muuttuvan suunnan voiman vaikutuksesta tuet ja perustukset, joihin roottori on kiinnitetty, muuttuvat syklisesti, eli syntyy värähtelyä. Roottorin epätasapainon ja siihen liittyvän värähtelyn poistamiseksi on asennettava tasapainotusmassoja, jotta roottorin symmetria voidaan palauttaa.
Roottorin tasapainotus on toimenpide, jolla korjataan epätasapaino lisäämällä tasapainotusmassoja.
Tasapainotuksen tehtävänä on löytää yhden tai useamman tasapainottavan massan koko ja sijainti (kulma).
Roottorien tyypit ja epätasapainon tyypit
Roottorin materiaalin lujuuden ja siihen vaikuttavien keskipakovoimien suuruuden perusteella roottorit voidaan jakaa kahteen tyyppiin: jäykkiin roottoreihin ja joustaviin roottoreihin.
Jäykät roottorit deformoituvat merkityksettömän vähän keskipakovoiman vaikutuksesta toimintatiloissa, ja tämän muodonmuutoksen vaikutus laskelmiin voidaan jättää huomiotta.
Joustavien roottorien muodonmuutosta ei voida enää jättää huomiotta. Joustavien roottorien muodonmuutos monimutkaistaa tasapainotusongelman ratkaisua ja vaatii muiden matemaattisten mallien soveltamista verrattuna jäykkien roottorien tasapainotusongelmaan. On huomattava, että sama roottori voi pienillä nopeuksilla käyttäytyä jäykkänä ja suurilla nopeuksilla joustavana. Seuraavassa tarkastelemme vain jäykkien roottorien tasapainottamista.
Roottorin pituudella olevien epätasapainoisten massojen jakautumisesta riippuen voidaan erottaa kaksi epätasapainon tyyppiä: staattinen ja dynaaminen (hetkellinen). Vastaavasti puhutaan staattisesta ja dynaamisesta roottorin tasapainotuksesta. Staattinen roottorin epätasapaino tapahtuu ilman roottorin pyörimistä, eli statiikassa roottoria käännetään painovoiman vaikutuksesta sen "painava kohta" alaspäin. Esimerkki staattisesta epätasapainosta omaavasta roottorista on esitetty kuvassa 2.
Dynaamista epätasapainoa esiintyy vain roottorin pyöriessä.
Kuvassa 3 on esimerkki roottorista, jossa on dynaaminen epätasapaino.
Tässä tapauksessa epätasapainossa olevat yhtä suuret massat M1 ja M2 ovat eri tasoissa - eri paikoissa roottorin pituudella. Staattisessa asennossa, eli kun roottori ei pyöri, roottoriin vaikuttaa vain painovoima ja massat tasapainottavat toisiaan. Dynamiikassa roottorin pyöriessä massoihin M1 ja M2 alkavat vaikuttaa keskipakovoimat Fc1 ja Fc2. Nämä voimat ovat suuruudeltaan yhtä suuret ja suunnaltaan vastakkaiset. Koska ne kuitenkin kohdistuvat eri paikkoihin akselin pituudella eivätkä ole samalla linjalla, nämä voimat eivät kompensoi toisiaan. Voimat Fc1 ja Fc2 luovat roottoriin vääntömomentin. Siksi tätä epätasapainoa kutsutaan myös momenttiepätasapainoksi. Vastaavasti kompensoimattomat keskipakovoimat vaikuttavat laakeripaikkoihin, mikä voi ylittää huomattavasti lasketut arvot ja lyhentää laakereiden käyttöikää.
Koska tämäntyyppinen epätasapaino esiintyy vain dynaamisesti roottorin pyörimisen aikana, sitä kutsutaan dynaamiseksi epätasapainoksi. Sitä ei voida korjata staattisissa olosuhteissa tasapainottamalla "veitsillä" tai vastaavilla menetelmillä. Dynaamisen epätasapainon poistamiseksi on asennettava kaksi kompensoivaa painoa, jotka tuottavat yhtä suuren ja vastakkaisen momentin kuin massoista M1 ja M2 johtuva momentti. Kompensoivia massoja ei tarvitse asettaa vastakkaisiin ja yhtä suuriin suuntiin massojen M1 ja M2 kanssa. Tärkeintä on, että ne tuottavat momentin, joka kompensoi epätasapainomomentin täysin.
Yleisesti ottaen massat M1 ja M2 eivät välttämättä ole yhtä suuret, joten esiintyy sekä staattista että dynaamista epätasapainoa. Teoreettisesti on todistettu, että jäykälle roottorille kaksi roottorin pituudelle erillään olevaa painoa ovat välttämättömiä ja riittäviä epätasapainon poistamiseksi. Nämä painot kompensoivat sekä dynaamisesta epätasapainosta johtuvan vääntömomentin että massan epäsymmetriasta roottorin akseliin nähden (staattinen epätasapaino) johtuvan keskipakovoiman. Tyypillisesti dynaaminen epätasapaino on ominaista pitkille roottoreille, kuten akseleille, ja staattinen epätasapaino on ominaista kapeille roottoreille. Jos kapea roottori on kuitenkin vinossa akseliin nähden eli epämuodostunut ("kahdeksikko"), dynaamista epätasapainoa on vaikea poistaa (katso kuva 4), koska tässä tapauksessa on vaikea asentaa korjaavia painoja, jotka luovat tarvittavan kompensoivan momentin.
Voimat F1 ja F2 eivät ole samalla viivalla eivätkä kompensoi toisiaan.
Koska vääntömomentin luomiseen tarvittava varsi on kapean roottorin vuoksi pieni, saatetaan tarvita suuria korjauspainoja. Tämä johtaa kuitenkin myös "epätasapainoon", joka johtuu kapean roottorin muodonmuutoksesta korjauspainojen keskipakoisvoimien vaikutuksesta. (Katso esimerkiksi "Metodologiset ohjeet jäykkien roottorien tasapainottamiseen (ISO 22061-76 mukaisesti)". Osa 10. ROOTTORIN TUKIJÄRJESTELMÄ.)
Tämä on havaittavissa puhaltimien kapeissa juoksupyörissä, joissa voimatasapainon lisäksi myös aerodynaaminen epätasapaino on aktiivinen. On ymmärrettävä, että aerodynaaminen epätasapaino tai pikemminkin aerodynaaminen voima on suoraan verrannollinen roottorin kulmanopeuteen, ja sen kompensointiin käytetään korjaavan massan keskipakovoimaa, joka on verrannollinen kulmanopeuden neliöön. Tasapainotusvaikutus voi siis tapahtua vain tietyllä tasaustaajuudella. Muilla pyörimistaajuuksilla syntyy lisävirhe.
Samaa voidaan sanoa sähkömoottorin sähkömagneettisista voimista, jotka ovat myös verrannollisia kulmanopeuteen. Tasapainottamalla ei siis ole mahdollista poistaa kaikkia koneen värähtelyn syitä.
Mekanismien tärinä
Värähtely on mekanismin rakenteen reaktio syklisen herätevoiman vaikutuksiin. Tämä voima voi olla luonteeltaan erilainen.
Epätasapainoisen roottorin aiheuttama keskipakoisvoima on kompensoimaton voima, joka vaikuttaa "raskaaseen pisteeseen". Juuri tämä voima ja sen aiheuttama värähtely voidaan poistaa tasapainottamalla roottori.
"Geometriset" vuorovaikutusvoimat, jotka johtuvat vastakkaisten osien valmistus- ja kokoonpanovirheistä. Nämä voimat voivat syntyä esimerkiksi akselin kaulaosien epäpyöreydestä, hammaspyörien hampaiden profiilivirheistä, laakeriurien aaltoilusta, vastakkaisten akselien virheellisestä linjauksesta jne. Jos laakerit eivät ole pyöreitä, akseli siirtyy akselin pyörimiskulmasta riippuen. Vaikka tätä värähtelyä esiintyy myös roottorin nopeudella, sitä on lähes mahdotonta poistaa tasapainottamalla.
Puhaltimien siipipyörien ja muiden siipimekanismien pyörimisestä aiheutuvat aerodynaamiset voimat. Hydraulipumppujen, turbiinien jne. siipipyörien pyörimisestä aiheutuvat hydrodynaamiset voimat.
Sähkökoneiden toiminnasta johtuvat sähkömagneettiset voimat, esim. epäsymmetriset roottorikäämitykset, oikosulussa olevat käämitykset jne.
Värähtelyn suuruus (esim. sen amplitudi Av) ei riipu ainoastaan mekanismiin vaikuttavasta herätevoimasta Fv, jonka ympyrätaajuus on ω, vaan myös mekanismin jäykkyydestä k, sen massasta m sekä vaimennuskertoimesta C.
Tärinän ja tasapainomekanismien mittaamiseen voidaan käyttää erityyppisiä antureita, kuten:
- absoluuttiset tärinäanturit, jotka on suunniteltu mittaamaan tärinän kiihtyvyyttä (kiihtyvyysanturit) ja tärinänopeutta;
- suhteellisen värähtelyn anturit - pyörrevirta- tai kapasitiiviset, jotka on suunniteltu mittaamaan värähtelyn siirtymää;
- Joissakin tapauksissa (kun mekanismin rakenne sen sallii) voima-antureita voidaan käyttää myös sen värähtelykuormituksen arviointiin; niitä käytetään erityisesti laajalti kovien laakereiden tasapainotuskoneiden tukien värähtelykuormituksen mittaamiseen.
Värähtely on siis koneen reaktio ulkoisten voimien vaikutuksesta. Värähtelyn suuruus riippuu paitsi mekanismiin vaikuttavan voiman suuruudesta myös mekanismin rakenteen jäykkyydestä. Yksi ja sama voima voi aiheuttaa erilaisia värähtelyjä. Kovalaakeroiduissa koneissa laakereihin voi kohdistua huomattavia dynaamisia kuormituksia, vaikka värähtely olisi pientä. Tämän vuoksi kovalaakeristen koneiden tasapainotuksessa käytetään voima- eikä värähtelyantureita (värähtelykiihtyvyysantureita).
Tärinäantureita käytetään mekanismeissa, joissa on suhteellisen taipuisat tuet, kun epätasapainoisten keskipakovoimien vaikutus johtaa tukien huomattavaan muodonmuutokseen ja tärinään. Voima-antureita käytetään jäykillä tuilla, kun epätasapainosta johtuvat merkittävätkin voimat eivät johda merkittävään tärinään.
Resonanssi on tekijä, joka estää tasapainottamisen.
Aiemmin mainitsimme, että roottorit jaetaan jäykkiin ja joustaviin. Roottorin jäykkyyttä tai joustavuutta ei pidä sekoittaa niiden tukien (perustusten) jäykkyyteen tai liikkuvuuteen, joihin roottori on asennettu. Roottoria pidetään jäykkänä, kun sen muodonmuutos (taipuminen) keskipakovoimien vaikutuksesta voidaan jättää huomiotta. Joustavan roottorin muodonmuutos on suhteellisen suuri, eikä sitä voida jättää huomiotta.
Tässä artikkelissa tarkastellaan ainoastaan jäykkien roottorien tasapainottamista. Jäykkä (muodoltaan muuttumaton) roottori voidaan puolestaan asentaa jäykille tai liikkuville (taipuisille) tuille. On selvää, että tukien jäykkyys/jousitettavuus on myös suhteellista riippuen roottorin nopeudesta ja siitä aiheutuvien keskipakovoimien suuruudesta. Ehdollisena rajana on roottorin tukien ominaistärinän taajuus.
Mekaanisissa järjestelmissä ominaistärinän muoto ja taajuus määräytyvät mekaanisen järjestelmän elementtien massan ja kimmoisuuden mukaan. Toisin sanoen ominaistärinän taajuus on mekaanisen järjestelmän sisäinen ominaisuus eikä riipu ulkoisista voimista. Kun tuet poikkeavat tasapainotilasta, ne pyrkivät kimmoisuuden ansiosta palaamaan tasapainoasemaan. Massiivisen roottorin hitausvoiman vuoksi tämä prosessi on kuitenkin luonteeltaan vaimennettua värähtelyä. Nämä värähtelyt ovat roottori-tukijärjestelmän luonnollisia värähtelyjä. Niiden taajuus riippuu roottorin massan ja tukien kimmoisuuden suhteesta.
Kun roottori alkaa pyöriä ja sen pyörimistaajuus lähestyy luonnollisen värähtelyn taajuutta, värähtelyn amplitudi kasvaa voimakkaasti, mikä voi johtaa rakenteen tuhoutumiseen.
Syntyy mekaanisen resonanssin ilmiö. Resonanssin alueella pyörimisnopeuden muuttaminen 100 kierrosta minuutissa voi johtaa värähtelyn lisääntymiseen kymmenkertaiseksi. Samalla (resonanssialueella) värähtelyn vaihe muuttuu 180°.
Jos mekanismin suunnittelu ei onnistu ja roottorin toimintataajuus on lähellä luonnollisen värähtelyn taajuutta, mekanismin toiminta on mahdotonta, koska värähtely on liian voimakasta. Tämä ei ole mahdollista tavanomaisella tavalla, koska pienikin nopeuden muutos aiheuttaa jyrkän muutoksen värähtelyparametreissa. Resonanssin alueella tapahtuvaan tasapainottamiseen käytetään erityisiä menetelmiä, joita ei käsitellä tässä artikkelissa.
Mekanismin ominaistärinän taajuus on mahdollista määrittää rullaustilanteessa (roottorin pyörimisnopeuden pysäyttämisen yhteydessä) tai iskumenetelmällä, jonka jälkeen tehdään spektrianalyysi järjestelmän vasteesta iskuun.
Mekanismeissa, joiden pyörimisnopeus on resonanssitaajuuden yläpuolella eli jotka toimivat resonanssialueella, tukien katsotaan liikkuvan, ja mittaukseen käytetään tärinäantureita, pääasiassa tärinäakelerometrejä, jotka mittaavat rakenneosien kiihtyvyyttä. Esiresonanssitilassa toimivien mekanismien tukien katsotaan olevan jäykkiä. Tällöin käytetään voima-antureita.
Mekaanisen järjestelmän lineaariset ja epälineaariset mallit. Epälineaarisuus on tekijä, joka estää tasapainottamasta
Jäykkiä roottoreita tasapainotettaessa tasapainotuslaskelmissa käytetään matemaattisia malleja, joita kutsutaan lineaarisiksi malleiksi. Lineaarinen malli tarkoittaa, että tällaisessa mallissa yksi suure on verrannollinen (lineaarinen) toiseen. Jos esimerkiksi roottorin kompensoimaton massa kaksinkertaistuu, myös värähtelyarvo kaksinkertaistuu. Jäykille roottoreille voidaan käyttää lineaarista mallia, koska ne eivät muutu.
Joustavien roottoreiden osalta lineaarista mallia ei voida enää käyttää. Joustavassa roottorissa, jos raskaan pisteen massa kasvaa pyörimisen aikana, syntyy lisämuodonmuutoksia, ja massan lisäksi myös raskaan pisteen sijainnin säde kasvaa. Siksi joustavan roottorin värähtely kasvaa yli kaksinkertaiseksi, eivätkä tavanomaiset laskentamenetelmät toimi.
Myös tukien kimmoisuuden muutos niiden suurissa muodonmuutoksissa, esimerkiksi kun tukien pienissä muodonmuutoksissa toimivat jotkin rakenneosat ja suurissa muut rakenneosat. Tämän vuoksi ei voida tasapainottaa mekanismeja, joita ei ole kiinnitetty perustuksiin, vaan jotka on esimerkiksi yksinkertaisesti sijoitettu lattialle. Merkittävillä värähtelyillä epätasapainon aiheuttama voima voi vetää mekanismin irti lattiasta, jolloin järjestelmän jäykkyysominaisuudet muuttuvat merkittävästi. Moottorin jalat on kiinnitettävä tukevasti, pulttien kiinnitykset on kiristettävä, aluslevyjen paksuuden on annettava riittävä kiinnitysjäykkyys jne. Jos laakerit ovat rikki, akselin merkittävä vinoutuminen ja iskut ovat mahdollisia, mikä johtaa myös huonoon lineaarisuuteen ja kyvyttömyyteen suorittaa laadukasta tasapainotusta.
Tasapainotuslaitteet ja tasapainotuskoneet
Kuten edellä todettiin, tasapainottaminen on prosessi, jossa hitausliikkeen pääakseli kohdistetaan roottorin pyörimisakseliin.
Tämä prosessi voidaan suorittaa kahdella menetelmällä.
Ensimmäisessä menetelmässä roottorin saranat työstetään siten, että saranoiden keskipisteiden kautta kulkeva akseli on poikkileikkaukseltaan roottorin keskeisen inertian keskiakselin suuntainen. Tällaista tekniikkaa käytetään harvoin käytännössä, eikä sitä käsitellä yksityiskohtaisesti tässä artikkelissa.
Toisessa (yleisimmässä) menetelmässä roottoriin asennetaan tai poistetaan korjauspainoja, jotka sijoitetaan siten, että roottorin inertia-akseli on mahdollisimman lähellä sen pyörimisakselia.
Korjauspainojen siirtäminen, lisääminen tai poistaminen tasapainotuksen aikana voidaan toteuttaa erilaisilla teknisillä toimenpiteillä, kuten poraamalla, jyrsimällä, pintakäsittelyllä, hitsaamalla, ruuvaamalla tai irrottamalla, laser- tai elektronisuihkupolttamalla, elektrolyysillä, sähkömagneettisella pintakäsittelyllä jne.
Tasapainotusprosessi voidaan toteuttaa kahdella tavalla:
- koottujen roottorien tasapainotus (omissa laakereissaan) tasapainotuskoneilla;
- roottoreiden tasapainotus tasapainotuskoneilla. Roottoreiden tasapainottamiseen omissa laakereissaan käytetään yleensä erikoistuneita tasapainotuslaitteita (sarjoja), joilla voidaan mitata tasapainotetun roottorin värähtelyä sen pyörimistaajuudella vektorimuodossa eli mitata sekä värähtelyn amplitudi että vaihe. Tällä hetkellä edellä mainitut laitteet valmistetaan mikroprosessoritekniikan pohjalta, ja (värähtelymittauksen ja -analyysin lisäksi) ne mahdollistavat automaattisen laskennan sellaisten korjauspainojen parametreista, jotka olisi asennettava roottoriin sen epätasapainon kompensoimiseksi.
Näihin laitteisiin kuuluvat:
- tietokoneeseen tai teollisuusohjaimeen perustuva mittaus- ja laskentayksikkö;
- Kaksi (tai useampi) tärinäanturia;
- Vaihekulma-anturi;
- lisävarusteet antureiden asentamiseksi paikan päällä;
- erikoistunut ohjelmisto, joka on suunniteltu suorittamaan roottorin värähtelyparametrien mittauksen koko sykli yhdessä, kahdessa tai useammassa korjaustasossa.
Tällä hetkellä yleisimpiä ovat kahdenlaisia tasapainotuskoneita:
- Pehmeälaakeriset koneet (pehmeillä tuilla);
- Kovalaakeriset koneet (jäykillä tuilla).
Pehmeälaakerisissa koneissa on suhteellisen taipuisat tuet, esimerkiksi litteisiin jousiin perustuvat. Näiden tukien luonnollisten värähtelyjen taajuus on yleensä 2–3 kertaa pienempi kuin niihin asennetun tasapainottavan roottorin pyörimistaajuus. Tärinäantureita (kiihtyvyysanturit, värähtelynopeusanturit jne.) käytetään yleensä koneen esiresonanssitukien värähtelyn mittaamiseen.
Esiresonanssitasapainotuskoneissa käytetään suhteellisen jäykkiä tukia, joiden värähtelyn ominaistaajuuksien on oltava 2-3 kertaa suuremmat kuin tasapainotettavan roottorin pyörimistaajuus. Esiresonanssikoneen tukien värähtelykuormituksen mittaamiseen käytetään yleensä voima-antureita.
Esiresonanssitasapainotuskoneiden etuna on, että niillä tasapainottaminen voidaan suorittaa suhteellisen alhaisilla roottorin nopeuksilla (jopa 400–500 rpm), mikä yksinkertaistaa huomattavasti koneen ja sen perustan suunnittelua sekä lisää tasapainotuksen tuottavuutta ja turvallisuutta.
Jäykkien roottorien tasapainotus
Tärkeää!
- Tasapainotus poistaa ainoastaan roottorin massan epäsymmetrisestä jakautumisesta roottorin pyörimisakseliin nähden aiheutuvan tärinän. Tasapainotus ei poista muunlaista värähtelyä!
- Tekniset mekanismit, joiden suunnittelulla varmistetaan, ettei resonansseja esiinny pyörimisen toimintataajuudella, jotka on kiinnitetty luotettavasti perustukseen ja asennettu käyttökelpoisiin laakereihin, on tasapainotettava.
- Vialliset koneet on korjattava ennen tasapainottamista. Muuten laadukas tasapainotus ei ole mahdollista.
Tasapainotus ei korvaa korjausta!
Tasapainotuksen päätehtävänä on löytää tasapainottavien keskipakovoimien alaisina olevien kompensointipainojen massa ja sijainti.
Kuten edellä mainittiin, jäykissä roottoreissa on yleensä tarpeen ja riittävää asentaa kaksi kompensointipainoa. Tämä poistaa roottorin staattisen ja dynaamisen epätasapainon. Yleinen järjestelmä tärinän mittaamiseksi tasapainotuksen aikana on seuraava.
Tärinäanturit on asennettu laakeritukiin kohtiin 1 ja 2. Roottoriin kiinnitetään kierroslukumerkki, yleensä heijastavalla teipillä. Lasertakometri käyttää kierroslukumerkkiä roottorin nopeuden ja värähtelysignaalin vaiheen määrittämiseen.
Dynaamisen tasapainotuksen suorittaminen (kolmen suorituskerran menetelmä)
Useimmissa tapauksissa dynaaminen tasapainotus tehdään kolmen käynnistyksen menetelmällä. Menetelmä perustuu siihen, että roottorille asetetaan sarjassa tasoilla 1 ja 2 tunnetun painon omaavat testipainot, ja tasapainotuspainojen painot ja sijainti lasketaan värähtelyparametrien muutosten tulosten perusteella.
Painojen asennuspaikkaa kutsutaan korjaustasoksi. Tavallisesti korjaustasot valitaan niiden laakeritukien alueelle, joihin roottori asennetaan.
Ensimmäisen käynnistyksen yhteydessä mitataan alkutärinä. Tämän jälkeen roottoriin asetetaan tunnetun painoinen testipaino lähemmäs yhtä laakeria. Suoritetaan toinen käynnistys ja mitataan värähtelyparametrit, joiden pitäisi muuttua testipainon asennuksen vuoksi. Sitten ensimmäisessä tasossa oleva testipaino poistetaan ja asennetaan toiseen tasoon. Suoritetaan kolmas koekäyttö ja mitataan värähtelyparametrit. Testipaino poistetaan ja ohjelmisto laskee automaattisesti massat ja tasapainopainojen asennuskulmat.
Testipainojen asentamisen tarkoituksena on määrittää, miten järjestelmä reagoi epätasapainon muutoksiin. Testipainojen painot ja sijainnit ovat tiedossa, joten ohjelmisto voi laskea niin sanotut vaikutuskertoimet, jotka osoittavat, miten tunnetun epätasapainon käyttöönotto vaikuttaa värähtelyparametreihin. Vaikutuskertoimet ovat itse mekaanisen järjestelmän ominaisuuksia, ja ne riippuvat tukien jäykkyydestä ja roottori-tukijärjestelmän massasta (inertia).
Samantyyppisten ja rakenteeltaan samanlaisten mekanismien vaikutuskertoimet ovat lähellä toisiaan. Ne on mahdollista tallentaa tietokoneen muistiin ja käyttää niitä samantyyppisten mekanismien tasapainottamiseen ilman koeajoja, mikä lisää merkittävästi tasapainottamisen tuottavuutta. Huomaa, että testipainojen massa on valittava siten, että värähtelyparametrit muuttuvat huomattavasti, kun testipainot asennetaan. Muussa tapauksessa vaikutuskertoimien laskentavirhe kasvaa ja tasapainotuksen laatu heikkenee.
Kuten kuvasta 1 näkyy, keskipakovoima vaikuttaa säteittäissuunnassa eli kohtisuoraan roottorin akselia vastaan. Siksi tärinäanturit on asennettava siten, että niiden herkkyysakseli osoittaa myös radiaalisuunnassa. Yleensä perustuksen jäykkyys vaakasuunnassa on pienempi, joten vaakasuuntainen tärinä on suurempi. Herkkyyden lisäämiseksi anturit on siis asennettava siten, että niiden herkkyysakseli osoittaa myös vaakasuoraan. Vaikka perustavaa laatua olevaa eroa ei olekaan. Radiaalisuunnassa tapahtuvan värähtelyn lisäksi on seurattava aksiaalisuunnassa, roottorin pyörimisakselin suuntaista värähtelyä. Tämä värähtely ei yleensä johdu epätasapainosta, vaan muista syistä, jotka liittyvät pääasiassa kytkimen kautta liitettyjen akselien virheelliseen linjaukseen ja epäkeskeisyyteen.
Tätä tärinää ei voida poistaa tasapainottamalla, jolloin tarvitaan linjaus. Käytännössä tällaisissa koneissa on yleensä sekä roottorin epätasapaino että akselin linjausvirhe, mikä tekee tärinän poistamisesta paljon vaikeampaa. Tällaisissa tapauksissa kone on ensin keskitettävä ja sitten tasapainotettava. (Vaikka momentin epätasapaino on voimakas, tärinää esiintyy myös aksiaalisuunnassa perustusrakenteen "kiertymisen" vuoksi.)
Aiheeseen liittyviä artikkeleita (esimerkkejä tasapainotustelineistä)
- Tasapainoteline pehmeällä tuella
- Sähkömoottoreiden roottorien tasapainottaminen
- Yksinkertaiset mutta tehokkaat tasapainotustelineet
Tasapainotusmekanismien laadun arviointikriteerit
Roottorien (mekanismien) tasapainotuslaatua voidaan arvioida kahdella tavalla. Ensimmäisessä menetelmässä verrataan tasapainotusprosessin aikana määritettyä jäännösepätasapainon määrää jäännösepätasapainon toleranssiin. Nämä eri roottoriluokkien toleranssit on määritelty standardissa ISO 1940-1-2007. Osa 1. Sallitun epätasapainon määritelmä.
Määriteltyjen toleranssien noudattaminen ei kuitenkaan voi täysin taata mekanismin toimintavarmuutta, joka liittyy sen tärinän vähimmäistason saavuttamiseen. Tämä selittyy sillä, että mekanismin värähtelyn suuruus ei määräydy ainoastaan roottorin jäännösepätasapainoon liittyvän voiman suuruudesta, vaan se riippuu myös useista muista parametreista, kuten mekanismin rakenneosien jäykkyydestä k, massasta m, vaimennuskertoimesta ja pyörimistaajuudesta. Siksi mekanismin dynaamisten ominaisuuksien (mukaan lukien sen tasapainon laatu) arvioimiseksi useissa tapauksissa on suositeltavaa arvioida mekanismin jäännösvärähtelyn taso, jota säännellään useilla standardeilla.
Yleisin standardi, jossa säädetään mekanismien sallituista tärinätasoista, on ISO 10816-3-2002. Sen avulla on mahdollista asettaa toleranssit minkä tahansa tyyppisille koneille ottaen huomioon niiden sähköisen voimansiirron teho.
Tämän yleisstandardin lisäksi on olemassa useita erityisstandardeja, jotka on kehitetty tietyntyyppisiä koneita varten. Esimerkiksi 31350-2007 , ISO 7919-1-2002 jne.
Standardit ja viitteet
- ISO 1940-1:2007. Tärinä. Jäykkien roottoreiden tasapainotuslaadun vaatimukset. Osa 1. Sallitun epätasapainon määrittäminen.
- ISO 10816-3:2009. Mekaaninen värähtely — Koneen värähtelyn arviointi mittaamalla pyörimättömiä osia — Osa 3: Teollisuuskoneet, joiden nimellisteho on yli 15 kW ja nimellisnopeudet 120 r/min ja 15 000 r/min välillä paikan päällä mitattuna.
- ISO 14694:2003. Teollisuuspuhaltimet — Tasapainon laadun ja tärinätasojen tekniset tiedot.
- ISO 7919-1:2002. Koneiden tärinä ilman edestakaista liikettä — Pyörivien akselien mittaukset ja arviointikriteerit — Yleiset ohjeet.
FAQ
Poistaako tasapainotus kaikki värähtelyt?
Ei. Tasapainotus poistaa roottorin massan epäsymmetrisen jakautumisen aiheuttaman tärinän pyörimisakseliin nähden. Tärinä, joka johtuu linjausvirheestä, laakerivioista, aerodynaamisista/hydrodynaamisista voimista, sähkömagneettisista voimista ja muista syistä, vaatii erilliset diagnostiikat ja korjaavat toimenpiteet.
Miksi tasapainotus voi epäonnistua resonanssin lähellä?
Lähellä resonanssia pienet nopeuden muutokset voivat aiheuttaa suuria muutoksia värähtelyn amplitudissa ja 180° vaihesiirron. Tällaisissa olosuhteissa mittaustuloksista tulee epävakaita, eivätkä perinteiset tasapainotusmenetelmät välttämättä konvergoi ilman erityismenetelmiä.
Milloin tarvitset yksitasoisen vs. kaksitasoisen tasapainotuksen?
Jäykälle roottorille kaksi roottorin pituudelle erillään olevaa painoa ovat yleensä välttämättömiä ja riittäviä poistamaan yhdistetyn staattisen ja dynaamisen epätasapainon. Kapeilla roottoreilla on usein enimmäkseen staattinen epätasapaino, mutta muodonmuutos ja geometria voivat aiheuttaa dynaamisen komponentin, joka saattaa vaatia kaksitasokorjausta.
Mitä pitäisi tehdä ennen tasapainotusta?
Varmista, että kone on käyttökelpoinen: luotettava kiinnitys perustukseen, laakerit ovat kunnossa, ei vakavaa löysyyttä eikä ilmeisiä epälineaarisuuden lähteitä. Tasapainotus ei korvaa korjausta.
Keskeiset tiedot
- Tasapainotus korjaa massaan liittyvän (keskipakois)herätyksen; se ei ratkaise linjausvirheitä, laakerivaurioita tai sähkömagneettisia/aerodynaamisia lähteitä.
- Resonanssi ja epälineaarisuus voivat tehdä perinteisestä tasapainotuksesta tehotonta tai vaarallista.
- Jäykille roottoreille kaksitasoinen tasapainotus on yleinen ratkaisu yhdistettyyn staattiseen ja dynaamiseen epätasapainoon.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 